Поливалентные (гибридные) системы теплоснабже­ния, страница 2

Коэффициент преобразования существенно зависит от температурных границ цикла. Его зна­чение тем больше, чем выше температура источ­ника и чем ниже температура потребляемого теп­ла. Поэтому для теплонасосных систем предпоч­тительнее выбирать теплоисточники с более высо­кой температурой, а системы теплопотребления - с наименьшей температурой теплоносителя (низ­котемпературные системы).

В качестве природных низкотемпературных источников для тепловых насосов могут рассмат­риваться наружный воздух, грунт, поверхностные и подземные воды, солнечная радиация.

Наружный воздух. Наибольшее распростране­ние получили тепловые насосы типа «воздух-воз­дух», в которых наружный воздух является источ­ником тепла, а внутренний - потребителем тепла. К достоинствам таких систем следует отнести про­стоту устройства и меньшую стоимость оборудо­вания. Все компоненты могут собираться в один агрегат либо выполняться раздельно, когда конден­сатор находится на значительном расстоянии от испарителя.

Применение тепловых насосов здесь обычно ограничивается температурой наружного воздуха (-3) -(-5) °С. Для обеспечения теплового режима внутри помещений при более низких температурах наружного воздуха должен быть предусмотрен дополнительный источник тепла, чаще всего элек­трический.

Вода. Из водных источников наиболее пред­почтительна вода из скважин, имеющая в течение года практически постоянную температуру (около 10 °С) и позволяющая за счёт этого получать вы­сокие коэффициенты преобразования (КОП>3). Использование поверхностных водоемов (озер и рек) в климатических условиях России менее пер­спективно, поскольку из-за низкой температуры воды в водоеме зимой, возможно ее замерзание в испарителе, и, кроме того, значение коэффициента преобразования оказывается меньше 3.

Грунт. Извлечение тепла из грунта может осу­ществляться горизонтальными или вертикальными трубчатыми теплообменниками, через которые про­качивается, как правило, незамерзающая жидкость (антифриз).

Горизонтальные теплообменники выполняются из змеевиков труб, уложенных на глубине 1-3 м с шагом около двух метров на площади несколько сот квадратных метров. Теплосъем на погонный метр может достигать 20-25 Вт/м (в среднем око­ло 10 Вт/м). Большие цифры соответствуют водонасыщенным грунтам. Устройство таких теплооб­менников сопряжено с большими единовременны­ми затратами и техническими проблемами.

Вертикальные грунтовые теплообменники в виде скважин с U-образными трубками обеспечи­вают гораздо больший теплосъем (до 10 кВт со скважины), практически не занимая полезной пло­щади вокруг здания.

Солнечная радиация. Использование тепловых насосов в системах солнечного теплоснабжения позволяет, с одной стороны, в 1,5-1,7 раза сокра­тить площадь теплоприемников, а с другой - по­высить коэффициент преобразования тепловых насосов до 4-4,5.

К недостаткам последних следует отнести необходимость установки аккумуляторов тепла, а также дублирующего теплогенератора для тепло­снабжения при низких наружных температурах и слабой солнечной радиации.

Рис. 5.5. Пример комплексного использования при­родного и сбросного тепла.

1 - вытяжные шахты; 2 – теплоутилизатор; 3 – вентилятор; 4 - расширительный бак; 5 - ис­паритель; 6 – компрессор; 7 - бак-аккумулятор; 8 – конденсатор; 9 - теплообменник на сточных водах; 10 - система грунтового теплосъема.

Сбросное тепло. При организованном выбро­се вытяжного воздуха из жилых зданий с помо­щью тепловых насосов можно утилизировать его теплоту либо на центральный подогрев приточного воздуха, либо на горячее водоснабжение. При этом достигается высокий коэффициент преобразования (>3,5), а степень замещения тепловой нагрузки может превысить 50 %.

Источником низкопотенциального тепла также могут являться сточные воды с температурой от +25 до +5°С (например, бани, плавательные бас­сейны, технологические стоки промышленных предприятий).

Повышение теплозащитных свойств огражде­ний до требований СНиП II-3-79* (2-й этап), приме­нение герметичных световых проемов, с одной сто­роны, увеличивает удельный вес расхода тепла на вентиляцию, а с другой стороны, требует органи­зованного притока свежего воздуха.

В этом случае целесообразно применение воз­душных систем отопления, совмещенных с приточно-вытяжной вентиляцией. В таких системах подогрев приточного воздуха может осуществлять­ся с помощью воздухо-воздушных тепловых на­сосов. Они могут быть центральными или местны­ми (для отдельных квартир или помещений).

Традиционные радиаторные системы отопле­ния в меньшей мере подходят для установок с те­пловыми насосами, поскольку рассчитаны на температуру горячей воды 95-105 °С. При таких пара­метрах коэффициент преобразования не превыша­ет 2, а уменьшение расчетной температуры в сис­теме связано с резким увеличением поверхности приборов. Лучшими энергетическими показателя­ми отличаются системы панельно-лучистого отопле­ния (теплые полы) с температурой горячей воды

Рис.5.6. Принципиальные схемы использования водоносного слоя.

а - одиночного водогрунтового;

b - с одной вертикальной скважиной при вибрационном переносе тепла в водоносном слое;

c - с дуплетным расположением скважин.

1 - вертикальная скважина; 2 - теплообменник для защиты системы теплоснабжения от засорения механиче­скими примесями и от накипеобразования; 3 - водоносный слой; 4 - вертикальный тепловой фронт; 5 - возму­щающее устройство.

40-50°С (КОП>З), которые широко применяются в современном строительстве.

Пример комплексного использования природ­ного и сбросного тепла с использованием теплонасосной установки приведен на рис. 5.5.

5.4. Аккумуляторы тепла в поливалент­ных системах.

Аккумуляторы тепла (AT) предназначены для вы­равнивания во времени несоответствия между выработкой и потреблением тепла. В поливалент­ных системах теплоснабжения они сглаживают суточные и сезонные колебания графика нагрузок, обеспечивают резерв при внезапном отключении источника тепла, позволяют снизить установленную мощность энергоустановок, повышают энергетиче­скую безопасность систем. Наибольшее примене­ние находят суточные аккумуляторы теплоты (от 6-12 часов до 10 суток). Вместе с тем в последнее вре­мя наблюдается тенденция создания сезонных ак­кумуляторов (от 10 суток до нескольких месяцев). В качестве аккумулирующей среды в них приме­няют природные и искусственные материалы, теп­ло фазового перехода различных веществ (табл. 5.1). В жилищном строительстве в качестве ак­кумулирующих материалов чаще всего исполь­зуют воду, естественные и искусственно создан­ные материалы твёрдых пород. В большинстве случаев предпочтительнее использовать воду, так как она имеет высокую теплоёмкость и низ­кую стоимость.